JP4055237B2 - 画像表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラーフィルタを用いることなくカラー表示を可能にした画像表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図1は従来の画像表示装置1の構成を示す。この画像表示装置1は、バックライト光源2、回折格子3、マイクロレンズアレイ4、液晶表示パネル5及び拡散板6から構成されており、カラー表示可能となっている。
【0003】
バックライト光源2は、ポリカーボネイト樹脂やメタクリル樹脂等の高屈折率透明樹脂によって成形された導光板7の光入射端面8に対向させて光源9、例えば冷陰極線管のような線状光源とリフレクタ10を配置し、導光板7の下面に反射シート11を配設したものである。しかして、光源9から白色光Wが出射されると、この光は導光板7の光入射端面8から導光板7内部に入射し、導光板7内部を全反射しながら伝搬する。導光板7内部を伝搬する光は、光出対面(上面)12に入射する際の入射角が全反射の臨界角よりも小さくなると、光出射面12から出射される。また、導光板7の下面から出射した光は、反射シート11で反射されて再び導光板7内部に入射する。この結果、光源9から導光板7内部に入射した光は、導光板7の光出射面12のほぼ全体からほぼ平行な光として出射される。
【0004】
導光板7の光出射面12から出射されたほぼ平行な白色光Wは、光出射面12に対向配置された回折格子3で回折される。光の回折角は光の波長に依存するから、回折格子3で回折された1次回折光は赤色光R、緑色光G、青色光Bに色分解される。
【0005】
液晶表示パネル5は、ブラックマトリクス領域間に画素が開口されたものであり、赤色光Rを透過させる画素14と緑色光Gを透過させる画素14と青色光Bを透過させる画素14の隣接する3画素が1組となって1描点を構成している。なお、この液晶表示パネル5には、カラーフィルタは用いられていない。
【0006】
マイクロレンズアレイ4は、マイクロレンズ4aを2次元状に配列したものであって、1描点を構成する赤、緑、青の3画素に対して1つのマイクロレンズ4aが対応している。
【0007】
しかして、回折格子3で色分離された赤色光R、緑色光G、青色光B(赤色光Rの光線領域には破線によるハッチングを施し、緑色光Gは太線で表わしている)は、マイクロレンズアレイ4の各レンズ4aによって液晶表示パネル5の画素位置に集光されるが、回折格子3で生成する1次回折光の赤色光R、緑色光G及び青色光Bは光軸(光軸を1点鎖線で示す)の方向が異なっているため、隣接する異なった画素位置に集光される。そして、液晶表示パネル5は、赤色光Rが集光された画素は赤色画素となり、緑色光Gが集光された画素は緑色画素となり、青色光Bが集光された画素は青色画素となるので、各画素14のオン、オフを制御することによって画像表示装置1がカラー表示可能となっている。
【0008】
さらに、液晶表示パネル5を透過した光は、液晶表示パネル5の前面に配置された拡散板6によって拡散されるので、画像表示装置1の正面からばかりでなく、斜め方向からも視認可能になっている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなカラー表示可能な画像表示装置1にあっては、赤色光Rと緑色光Gと青色光Bとでは、液晶表示パネル5の画素を通過する際の光軸方向が異なっているので、これを拡散板6によって拡散させたとしても、図1の最上段に示す各指向特性TR,TG,TBのように、赤色光Rと緑色光Gと青色光Bでは、拡散光の指向特性が異なる角度を持つことになる。横軸に画像表示装置1を見る観察者の角度をとり、縦軸に赤色光R、緑色光G及び青色光Bの光強度をとると、これは図2に示すように表される。
【0010】
このため、従来の画像表示装置1では、観察者が画面を見るとき、見る角度によって赤、緑、青の光強度のバランスが異なってしまい、見る角度によって異なった色に見えるという問題があった。この結果、カラー表示方式の画像表示装置1の色再現性が悪くなっていた。
【0011】
本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、カラーフィルタを用いることなくカラー表示を行う画像表示装置において、見る方向によって異なった色に見える現象を抑制し、色再現性を向上させることにある。
【0012】
【発明の開示】
請求項1に記載の画像表示装置は、導光板の光出射面から面状に光を出射させるバックライト光源と、バックライト光源から出射された光を、波長の異なる光束毎に異なる光軸方向の光となるように色分離させる色分離手段と、開口を有する画素を2次元的に配列させた液晶表示パネルと、複数個の第1マイクロレンズを2次元的に配列させた第1マイクロレンズアレイと、前記第1マイクロレンズと1対1に対応する複数の第2マイクロレンズを2次元的に配列させた第2マイクロレンズアレイとを備え、前記第1マイクロレンズアレイは前記液晶表示パネルと前記色分離手段との間に配置され、前記第2マイクロレンズアレイは前記液晶表示パネルを介して前記第1マイクロレンズアレイと反対側に配置され、前記第1マイクロレンズアレイの主平面と前記第2マイクロレンズアレイの主平面の距離は、前記第2マイクロレンズアレイの焦点距離と等しくなるように定められ、前記第1マイクロレンズは、前記色分離手段で分離された前記波長の異なる光束毎に異なる光軸方向の光を前記液晶表示パネルの一組の画素部分のうち異なる画素に集光させ、前記第2マイクロレンズは、前記液晶表示パネルを透過した光をその波長にかかわらず該光の光軸方向が平行となるよう光軸を変換することを特徴としている。
【0013】
請求項2に記載の画像表示装置は、導光板の光出射面から面状に光を出射させるバックライト光源と、バックライト光源から出射された光を、波長の異なる光束毎に異なる光軸方向の光となるように色分離させる色分離手段と、開口を有する画素を2次元的に配列させた液晶表示パネルと、複数個の第1マイクロレンズを2次元的に配列させた第1マイクロレンズアレイと、前記第1マイクロレンズと1対1に対応する複数の第2マイクロレンズを2次元的に配列させた第2マイクロレンズアレイとを備え、前記第1マイクロレンズアレイは前記液晶表示パネルと前記色分離手段との間に配置され、前記第2マイクロレンズアレイは前記第1マイクロレンズアレイと前記液晶表示パネルの間に配置され、前記第1マイクロレンズアレイの主平面と前記第2マイクロレンズアレイの主平面の距離は、前記第2マイクロレンズアレイの焦点距離と等しくなるように定められ、前記第1マイクロレンズ及び前記第2のマイクロレンズは、前記色分離された前記波長の異なる光束毎に異なる光軸方向の光を前記液晶表示パネルの一組の画素部分のうち異なる画素に集光させ、前記第2マイクロレンズは、前記液晶表示パネルに入射する光をその波長にかかわらず該光の光軸方向が平行となるよう光軸を変換することを特徴としている。
【0014】
請求項1及び請求項2の画像表示装置にあっては、色分離手段によって分離された光をマイクロレンズアレイで液晶表示パネルの異なる画素に集光させることによって画像表示装置をカラー表示可能にしている。また、一方のマイクロレンズアレイによって、出射される各色の光の光軸方向が平行となるようにしているので、見る方向によって画像の色が異なって見えることがなくなり、画像の色再現性が良好となって画像表示装置の画質を向上させることができる。
請求項3に記載の実施態様は、請求項1または2に記載の画像表示装置における前記第2マイクロレンズが、それぞれ前記液晶表示パネルの赤色、緑色、青色の3画素を含む領域に対応して配置されていることを特徴としている。
請求項3の画像表示装置にあっては、光源から出射された第1のマイクロレンズアレイに異なる方向から入射する光を第1及び第2マイクロレンズアレイで液晶表示パネルの異なる画素に集光させることによって画像表示装置をカラー表示可能にする。また、第2マイクロレンズアレイによって、出射される各色の光の光軸方向が平行となるようにしているので、見る方向によって画像の色が異なって見えることがなくなり、画像の色再現性が良好となって画像表示装置の画質を向上させることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
図3は本発明の一実施形態による画像表示装置21の構成を示す概略図である。以下、本発明の実施形態の説明においては、従来例と同じ構成部分については、同じ符号を付すことによって詳細な説明は省略する。
【0016】
この画像表示装置21にあっては、バックライト光源2、回折格子3(色分離手段)、第1のマイクロレンズアレイ4、液晶表示パネル5、第2のマイクロレンズアレイ22及び拡散板6が順次配置されている。バックライト光源2からはほぼ平行な白色光Wが出射されている。この平行光は導光板7の光出射面12と小さな角度をなしており、この平行光が回折格子3に入射すると、回折格子3により回折される。回折格子3により生じた回折光のうち、1次回折光が回折格子3とほぼ垂直な方向に出射される。この時、波長の異なる光は異なる回折角を持つので、1次回折光は、赤色光R、緑色光Gおよび青色光Bに分散される。
【0017】
第1のマイクロレンズアレイ4は、液晶表示パネル5の1組の画素14、すなわち隣接する3画素に対して1つのマイクロレンズ4aが対応するように配置されている。従って、異なる光軸方向で回折格子3から出射された赤色光R、緑色光Gおよび青色光Bはマイクロレンズ4aによって1組の画素14のうち異なる画素14に集光される。よって、これらの画素14のオン、オフを制御することによって赤色光R、緑色光G及び青色光Bを独立して透過もしくは遮断することができ、画像表示装置21をカラー化することができる。
【0018】
さらに、第2のマイクロレンズアレイ22は、その各マイクロレンズ22aが第1のマイクロレンズアレイ4のマイクロレンズ4aに対応しており、第1のマイクロレンズアレイ4の主平面と第2のマイクロレンズアレイ22の主平面との距離Lは第2のマイクロレンズアレイ22の焦点距離に等しくなっている。したがって、液晶表示パネル5の画素14を通過した赤色光R、緑色光Gおよび青色光Bは互いに光軸方向が異なっているが、第2のマイクロレンズアレイ22のマイクロレンズ22aを通過することによって、赤色光R、緑色光G及び青色光Bの光軸が平行に揃えられる。
【0019】
よって、第2のマイクロレンズアレイ22を通過した赤色光R、緑色光Gおよび青色光Bが拡散板6で拡散されると、図3に示すように、それぞれの拡散光の指向特性TR,TG,TBは等しくなる。このため、観察者が異なる方向から画像表示装置21を見ても、方向によって異なった色に見えたりすることがなく、色再現性が良好となる。
【0020】
なお、図3の実施形態では、球面レンズ状のマイクロレンズを2次元状に配列したマイクロレンズアレイを示したが、図4に示すように、台形レンズ状をしたマイクロレンズ22aを2次元状に配列したマイクロレンズアレイ22を用いて赤色光R、緑色光G及び青色光Bの光軸を平行にしてもよい。
【0021】
(第2の実施形態)
図5は本発明の別な実施形態による画像表示装置23を示す概略図である。この画像表示装置23にあっては、第2のマイクロレンズアレイ22を第1のマイクロレンズアレイ4と液晶表示パネル5の間に配置している。この場合も、第1のマイクロレンズアレイ4のマイクロレンズ4aと第2のマイクロレンズアレイ22のマイクロレンズ22aとは1対1に対応しており、第1のマイロクレンズアレイ4の主平面と第2のマイクロレンズアレイ22の主平面との距離Lは第2のマイクロレンズアレイ22の焦点距離に等しくなっている。また、第1及び第2のマクロレンズアレイ4,22の1つのマイクロレンズ4a,22aは、赤色、緑色及び青色の3画素に対応している。
【0022】
しかして、この画像表示装置23にあっては、回折格子3によって回折された赤色光R、緑色光G及び青色光Bは、第1のマイクロレンズアレイ4の各マイクロレンズ4aによって集光され、さらに第2のマイクロレンズアレイ22の各マイクロレンズ22aによって赤色光R、緑色光G及び青色光Bの光軸が互いに平行となるように光軸を曲げられ、集光された赤色光R、緑色光G及び青色光Bは1組の3画素の異なる画素14に集光される。この結果、赤色光R、緑色光G及び青色光Bは互いに光軸が平行に揃った状態で各画素14を通過するので、拡散板6で拡散された赤色光R、緑色光G及び青色光Bの指向特性も同じになり、見る角度によって異なった色に見えることがなくなる。
【0023】
(第3の実施形態)
図6は本発明のさらに別な実施形態による画像表示装置24を示す概略図である。この実施形態にあっては、液晶表示パネル5を構成している2枚のガラス基板25,26のうち、一方のガラス基板25と一体に第2のマイクロレンズアレイ22を形成している。この実施形態にあっては、部品点数を削減することができるので、組立工数の削減とコストダウンを図ることができ、画像表示装置24の薄型化も図れる。また、液晶表示パネル5と第2のマイクロレンズアレイ22の位置決め誤差がないので、信頼性が向上する。
【0024】
(第4の実施形態)
図7は本発明のさらに別な実施形態による画像表示装置27を示す概略図である。この実施形態にあっては、第2のマイクロレンズアレイ22の全体に光拡散剤を分散させてマイクロレンズアレイ22と拡散板6を一体に形成している。この実施形態にあっても、部品点数を削減することができるので、組立工数の削減とコストダウンを図ることができ、画像表示装置27の薄型化も図れる。また、液晶表示パネル5と第2のマイクロレンズアレイ22の位置決め誤差がないので、信頼性が向上する。
【0025】
(その他)
上記画像表示装置は、種々の機器に用いることができる。例えば、図8に示すように、撮影中の画像を映したり、撮影済の再生画像を映したりするカラー画像表示部32を備えたビデオカメラ31において、カラー画像表示部32に本発明の画像表示装置を用いることができる。また、図9は携帯端末機33の画像表示部34に本発明の画像表示部を用いた例を示している。さらに、図示しないが、液晶テレビ、ノート型パソコンの液晶ディスプレイ等に用いてもよい。これらの機器の表示部は、その使用用途から、カラー画像の色再現性の良さが最も要求されるが、その画像表示部に本発明の画像表示装置を用いれば、見る方向によって色が違って見えることがなく、色再現性にすぐれ画質の良好な画像表示部を具備させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図2】同上の画像表示装置を観察する方向と光強度との関係を示す図である。
【図3】本発明の一実施形態による画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図4】別な形状のマイクロレンズアレイを示す断面図である。
【図5】本発明の別な実施形態による画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図6】本発明のさらに別な実施形態による画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図7】本発明のさらに別な実施形態による画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図8】ビデオカメラの斜視図である。
【図9】携帯端末機の斜視図である。
【符号の説明】
TR,TG,TB 赤色光、緑色光及び青色光の指向特性
2 バックライト光源
3 回折格子
4 マイクロレンズアレイ
5 液晶表示パネル
6 拡散板
22 マイクロレンズアレイ
Claims (3)
- 導光板の光出射面から面状に光を出射させるバックライト光源と、
バックライト光源から出射された光を、波長の異なる光束毎に異なる光軸方向の光となるように色分離させる色分離手段と、
開口を有する画素を2次元的に配列させた液晶表示パネルと、
複数個の第1マイクロレンズを2次元的に配列させた第1マイクロレンズアレイと、
前記第1マイクロレンズと1対1に対応する複数の第2マイクロレンズを2次元的に配列させた第2マイクロレンズアレイとを備え、
前記第1マイクロレンズアレイは前記液晶表示パネルと前記色分離手段との間に配置され、前記第2マイクロレンズアレイは前記液晶表示パネルを介して前記第1マイクロレンズアレイと反対側に配置され、
前記第1マイクロレンズアレイの主平面と前記第2マイクロレンズアレイの主平面の距離は、前記第2マイクロレンズアレイの焦点距離と等しくなるように定められ、
前記第1マイクロレンズは、前記色分離手段で分離された前記波長の異なる光束毎に異なる光軸方向の光を前記液晶表示パネルの一組の画素部分のうち異なる画素に集光させ、
前記第2マイクロレンズは、前記液晶表示パネルを透過した光をその波長にかかわらず該光の光軸方向が平行となるよう光軸を変換することを特徴とする画像表示装置。 - 導光板の光出射面から面状に光を出射させるバックライト光源と、
バックライト光源から出射された光を、波長の異なる光束毎に異なる光軸方向の光となるように色分離させる色分離手段と、
開口を有する画素を2次元的に配列させた液晶表示パネルと、
複数個の第1マイクロレンズを2次元的に配列させた第1マイクロレンズアレイと、
前記第1マイクロレンズと1対1に対応する複数の第2マイクロレンズを2次元的に配列させた第2マイクロレンズアレイとを備え、
前記第1マイクロレンズアレイは前記液晶表示パネルと前記色分離手段との間に配置され、前記第2マイクロレンズアレイは前記第1マイクロレンズアレイと前記液晶表示パネルの間に配置され、
前記第1マイクロレンズアレイの主平面と前記第2マイクロレンズアレイの主平面の距離は、前記第2マイクロレンズアレイの焦点距離と等しくなるように定められ、
前記第1マイクロレンズ及び前記第2のマイクロレンズは、前記色分離された前記波長の異なる光束毎に異なる光軸方向の光を前記液晶表示パネルの一組の画素部分のうち異なる画素に集光させ、
前記第2マイクロレンズは、前記液晶表示パネルに入射する光をその波長にかかわらず該光の光軸方向が平行となるよう光軸を変換することを特徴とする画像表示装置。 - 前記第2マイクロレンズは、それぞれ前記液晶表示パネルの赤色、緑色、青色の3画素を含む領域に対応して配置されていることを特徴とする、請求項1または2に記載の画像表示装置。
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